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短时高温钛合金具有轻质高强、高温瞬时强度和持久性能等特点,在航天领域具有广泛的应用前景。而目前在650℃以上短时高温钛合金的研究方面,较少针对中性元素Zr的研究。本文通过真空感应熔炼法制备了名义成分为Ti-6Al-4Sn-x Zr-0.8Mo-1Nb-1W-0.25Si(x=7,9,11)的650℃短时高温钛合金铸锭,再将铸锭进行热等静压处理,研究Zr含量对650℃短时高温钛合金显微组织、室温20℃、高温650℃、700℃、750℃力学性能及拉伸断裂机制的影响。本文通过观察不同Zr含量650℃短时高温钛合金的金相组织,发现7wt.%Zr合金组织为平直排列的魏氏组织,9wt.%Zr合金组织为平直排列+混合编织的混合魏氏组织,11wt.%Zr合金组织为编织状的魏氏组织。通过统计分析发现,随着Zr含量的增加,原始β晶粒平均尺寸、αGB片层平均厚度、α集束平均宽度、α片层平均长度都显著减小,而α片层间距及其位向混乱度逐渐增大。其中7wt.%Zr、9wt.%Zr、11wt.%Zr合金的原始β晶粒平均尺寸分别为726μm、478μm、334μm,αGB相平均厚度分别为8.01μm、5.98μm、4.71μm,α集束平均宽度分别为184μm、62μm、34μm,α片层平均长度分别为215μm、145μm、74μm。由此揭示了Zr含量对650℃短时高温钛合金显微组织的影响规律,Zr元素具有细化晶粒和相组织的作用。然后测试不同Zr含量合金的室温及高温力学性能。在室温下,随着Zr含量的增加,650℃短时高温钛合金的抗拉强度与屈服强度都逐渐下降;而合金的塑性呈现先降低后增加的趋势,总体略有下降。在650℃、700℃、750℃高温下,随着Zr含量的增加,合金的抗拉强度与屈服强度都明显提高,塑性呈现先降低后升高的趋势。由此揭示了Zr含量对650℃短时高温钛合金力学性能的影响规律。高温下,由于Zr原子的固溶强化、细晶强化以及相含量与形状等影响,Zr元素能明显提高合金强度。最后观察了合金拉伸断口形貌,并阐述了断裂机理。发现室温拉伸断裂时,不同Zr含量合金都为穿晶解理断裂。650℃高温拉伸断裂时,合金为沿晶断裂与穿晶断裂的混合断裂模式;700℃高温拉伸断裂时,合金主要为延性沿晶断裂;在750℃高温拉伸断裂时,7wt.%Zr和9wt.%Zr合金主要为延性沿晶断裂,而11wt.%Zr合金是沿晶断裂与穿晶解理断裂的混合断裂模式。